Legislation, effectiveness and capacity to conduct EA of SSA countries

Os reatores de crescimento suspenso são aqueles cuja biomassa não necessita de meio suporte, em outras palavras, há o desenvolvimento microbiano disperso no meio líquido na forma de flocos ou grânulos.

3.3.1.1 Reator de agitação contínua

Os reatores contínuos de tanque agitado são amplamente empregados em situações em que se necessita de grande controle devido a sua fácil operação. No reator de mistura a biomassa encontra-se em mistura com o meio reacional, e, como nesses reatores o tempo de detenção hidráulica do meio é o mesmo da biomassa, a utilização de baixos tempos de TDH pode levar ao arraste da biomassa. A fim de evitar o arraste, é geralmente feito o uso de biomassa imobilizada através de flocos e grânulos permitindo assim a presença de biomassa dentro do reator.

3.3.1.2 Reator anaeróbio de fluxo ascendente com manta de lodo

Os reatores anaeróbios de fluxo ascendente com manta de lodo (UASB – upflow anaerobic sludge blanket) são reatores anaeróbios com crescimento bacteriano disperso onde não há presença de suporte de imobilização. Nesta configuração de reator há a presença de duas fases: a zona de digestão e a zona de sedimentação. Em linhas gerais, na zona de

digestão acontece o encontro entre a água residuária e o lodo. Na parte superior da zona de digestão encontra-se a zona de sedimentação. Operacionalmente, o resíduo líquido entra pela parte inferior do leito através de distribuidores, atravessando o leito formado pelo lodo; há a formação de biogás devido à digestão e surge uma circulação interna gerada pelo biogás (NICOLLELA et al., 2000). Os grânulos formados pelo crescimento microbiano dentro do reator se sedimentam acima da zona de digestão, retendo o lodo anaeróbio nesta região. Os flocos são mantidos dentro do reator devido ao estabelecimento de condições fluidodinâmicas pré-determinadas.

Entre as principais vantagens do reator UASB tem-se a alta eficiência, simplicidade de construção, flexibilidade para grandes ou baixas escalas de dimensionamento, necessidade de pequenos espaços, baixo consumo de energia, baixos requerimentos de nutrientes. Pode-se citar como desvantagens a baixa remoção de substâncias patogênicas, baixo tempo de partida e possíveis odores (SEGHEZZO et al., 1998). Com o passar do tempo o reator UASB tende ainda a perder parte de sua eficiência devido a alta formação de grânulos e a falta de mistura o que leva ao surgimento de zonas mortas dentro do reator.

3.3.1.3 Reator granular de leito expandido

No reator granular de leito expandido (EGSB – expanded granular sludge bed), tal como no reator com manta de lodo, a biomassa é cultivada dentro do reator na forma de grânulos. A necessidade de melhora do reator UASB no que diz respeito à presença de zonas mortas levou ao surgimento do reator EGSB. O uso de maiores velocidades ascensionais em reatores EGSB leva à expansão do leito granular, melhorando teoricamente as condições de mistura do meio reacional e melhorando o contato grânulo-água residuária. Ele ainda apresenta a vantagem frente ao reator UASB de eliminar possíveis flocos em excesso no reator (SEGHEZZO et al., 1998). A imobilização inicial deste tipo de reator geralmente se dá através do uso de biomassa já cultivada e proveniente de reator UASB. Pode ser utilizado em águas residuárias com maiores cargas orgânicas.

3.3.1.4 Produção de H2 em reatores de crescimento suspenso

- Reator de mistura

O reator de mistura vem sendo bastante utilizado para a produção de hidrogênio especialmente em etapas iniciais quando se há necessidade de obter alguns parâmetros sobre a

aplicabilidade de determinados substratos ou culturas antes de serem implantadas em outros tipos de reatores com maior dimensão ou custo.

CHEN e LI (2003) utilizaram a sacarose para investigar a produção de hidrogênio reator de mistura. Foi utilizado inóculo proveniente de um tanque de aeração para tratamento de resíduos domésticos. A produção volumétrica de hidrogênio aumentou de 4,9 a 26,9 L.d-1.L-1 com a mudança de TDH de 13 para 3h, mas diminuiu com o decréscimo para 2h. O rendimento de hidrogênio variou entre 1,42 a 4,52 mol de H2/mol de sacarose (máximo

teórico: 8)

LEE et al., (2009) estudaram a produção de hidrogênio a partir de cultura mista através em reator de membrana em comparação ao reator de mistura sob as mesmas condições. Foi obtido um conteúdo de 58% reator de mistura enquanto que o reator de membrana obteve 51%, entretanto, a produção volumétrica apresentada pelo reator de membrana (2,43-2,56 L.d-

1_.L-1_{) foi 2,6 maior que a produção do reator de mistura (0,95-0,97 L.d}-1_.L-1_{). A melhor}

eficiência apresentada pelo reator de membrana se deve a melhor retenção celular apresentada pelo reator.

- UASB

CHANG e LIN (2004) estudaram a produção anaeróbia de hidrogênio em reator UASB. O reator foi operado entre os TDH de 24 e 4h. A produção máxima de hidrogênio se deu no TDH de 8h e se manteve constante nos outros TDH aplicados. Segundo os autores, os maiores diâmetros dos grânulos presentes no reator foram obtidos no TDH de maior produção de hidrogênio, evidenciando que a presença de mais biomassa no reator favoreceu a produção de biogás. O ácido butírico e o ácido acético foram os principais metabólitos produzidos.

ZHAO et al. (2008) estudaram a produção de hidrogênio em reator UASB a partir da sacarose. Foi utilizado um método estatístico a fim de aperfeiçoar o entendimento sobre a produção de hidrogênio neste tipo de reator. Um primeiro teste foi realizado para a coleta de dados e mais dois outros para confirmar os dados estatísticos obtidos e observar o ajuste aos parâmetros estudados. Em termos produtivos houve produção máxima de hidrogênio de 1,62 mol de hidrogênio/mol de sacarose no TDH de 16,3 h. Os principais metabólitos produzidos foram o ácido butírico, ácido acético e etanol.

CASTELLÒ et al. (2009) estudaram o desempenho do reator UASB para a produção de hidrogênio a partir de soro de leite. Foi observada uma baixa produção de hidrogênio na ordem de 122 mL .L-1.d-1. Houve também a produção de metano apesar de ter sido adotado

um pH baixo em torno de 5. Os grânulos presentes no reator não atingiram grandes diâmetros o que, segundo os autores, pode ter influenciado na boa produção de hidrogênio.

- EGSB

Apesar de ser considerado um aperfeiçoamento do UASB no que diz respeito as condições de mistura, seu uso no processo de produção de hidrogênio ainda é pouco limitado sendo preterido pelo reator UASB devido à visibilidade deste último em tratamento de efluentes.

GUO et al. (2008) trabalharam com reator granulado de leito expandido para a produção de hidrogênio a partir da fermentação alcoólica a partir do melaço da cana. Foi utilizado como inóculo do EGSB uma mistura 1:1 de um lodo de um reator acidogênico e a lama de um canal de descarga de esgoto doméstico. O procedimento de alimentação do reator foi executado de tal forma que houve um aumento contínuo da carga orgânica aplicada ao reator. Durante os primeiros dias de operação foi observada uma mistura de vias metabólicas com uma produção principal de acetato, propianato e butirato. Entre o 10º e 20º dia, a produção de ácido propiônico foi reduzida e a via butírica foi predominante. Após o 20 º dia a produção de ácido butírico passou a diminuir enquanto que a produção de etanol era aumentada. A partir do 25º dia os principais metabólitos produzidos foram o etanol e o ácido acético. Até o 60º dia manteve-se a alta produção de etanol e hidrogênio. Em relação a produção de hidrogênio foi observado que a produção de etanol estava favoravelmente associada a produção de hidrogênio. O conteúdo de H2 no biogás formado ficou entre 30 – 53%. Os principais

metabólitos formados, em geral, foram o etanol e ácido acético somando 89,1 % dos metabólitos em determinada etapa. Outros metabólitos foram formados em menor quantidade. Os autores concluíram que o reator EGSB se aplica com sucesso para a produção de hidrogênio.